Appunti completi di Efficienza enegetica dei sistemi insediativi

LED

Essi non hanno elementi in movimento, e ciò porta ad avere una durata molto maggiore rispetto

alle altre.

Sono composti da:

 Strato positivo: di materiale semiconduttore, con gli elettroni di valenza

 Strato negativo: //

 In mezzo c’è lo strato attivo: attraverso ciò si provoca un movimento di elettroni, che

ricombinandosi emettono energia

Funzionamento: 18

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1. Abbiamo un diodo, in cui uno strato è caricato positivamente, e un substrato caricato

negativamente

2. In mezzo abbiamo uno strato attivo

3. Quando arriva la tensione ai due strati, all’interno dello strato attivo gli elettroni e ioni si

ricombinano emettendo energia e luce

La durata si attesta circa sulle 100'000 ore.

Vantaggi del LED:

 È una sorgente molto piccola e ferma

 Posso localizzarla ovunque

 Aumento della durata

 Grande compattezza della sorgente luminosa

 Abbiamo sorgenti di più tonalità di colore

 Basso consumo

Caratterizzazione delle sorgenti luminose

1. Flusso luminoso

2. Efficienza luminosa

3. Durata

4. Tempo di accensione e riaccensione

5. Decadimento flusso luminoso

6. Indice resa cromatica

7. Temperatura del colore

1.Flusso luminoso

Tiene conto anche di come l’occhio vede la sorgente naturale.

Le luci alogene per esempio hanno un maggior flusso luminoso, perché hanno potenza maggiore.

Così come quelli a vapore di mercurio, che sono paragonabili a quelle a vapori di sodio a bassa

pressione.

In quella ad alta pressione aumenta il flusso minimo, mentre quelle con il flusso maggiore in

assoluto sono quelle a ioduri metallici.

I LED sono modulabili, quindi basterà modificarne il numero.

2.Efficienza luminosa

Le più efficienti sono quelle a vapori di sodio a bassa pressione, ma hanno il problema che fanno la

luce gialla, per questo sono state a lungo utilizzate per l’illuminazione stradale.

Tutte le tecnologie per migliorare la qualità dalla luce, tendono a ridurre un po’ l’efficienza.

L’efficienza luminosa nei LED è abbastanza alta. 19

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3.Durata media

Molto importante perché influenza il costo di manutenzione degli impianti. Si va dalle 1000 ore

delle lampade ad incandescenza, alle 3000 ore di quelle alogene. Le sorgenti a scarica invece sono

più durature, in particolare quelle a vapori di mercurio, che vanno fino a 22000 ore.

Nei LED arriva anche a 100000 ore.

4.Tempo di accensione-riaccensione

Mentre nelle sorgenti ad incandescenza è immediata, in quelle a scarica non è così.

5.Decadimento del flusso luminoso

È circa del 30% durante la vita utile della fonte.

Nei LED dipende soprattutto dalla qualità di produzione.

6.Resa cromatica

Parte da un valore 100, che è la resa della luce solare (resa perfetta). Le sorgenti ad incandescenza

hanno resa anch’esse di 100. La resa è peggiore è nel vapore di sodio ad alta pressione, che è di 20-

40. Gli ioduri metallici invece sono su 80-85, che se è migliorata va sopra gli 85. La resa cromatica

nei LED è pari a 93.

7.Temperatura di colore correlata

È difficile definire un colore in modo oggettivo, perché la luce cambia il colore percepito. Si usa

perciò la temperatura di colore correlata, che è la temperatura (in gradi K°) a cui corrisponde un

colore. Le sorgenti ad incandescenza hanno temperatura alta, le alogene sono più bianche

(temperature più basse). Gli alogenuri metallici vanno dai 3000 ai 6000 K°.

Nei LED la temperatura di colore è variabile.

Parametri che caratterizzano gli apparecchi

I parametri sono:

 Indicatrice di emissione: definisce come l’apparecchio emette luce nelle diverse direzioni

 Rendimento luminoso: una sorgente luminosa, all’interno di un apparecchio, modifica la sua

resa. Questo perché l’energia viene dissipata dentro l’apparecchio

 Grado di protezione: in particolare alla polvere e all’acqua

 L’efficienza luminosa: l’inquinamento luminoso è dato dalla luce rilasciata verso l’atmosfera

Esercitazione 2

Andranno analizzati il PRIC e confrontato con il quartiere della nostra abitazione.

 Vetustà impianti

 Anomalie tra PRIC e realtà

 Tipologie sorgenti luminose 20

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 Tipologie apparecchi

 Classificazione strade secondo il PUT

 Flusso disperso verso l’alto (esiste sia lo stato di fatto che quella progetto)

 Passare da una categoria stradale ad una categoria illuminotecnica.

Io associo ad ogni strada delle caratteristiche illuminotecnica.

Vanno anche calcolati i gradi giorno.

Lezione 8

Termodinamica

I padri della termodinamica furono:

 Carnot: scoprì la seconda legge della termodinamica

 Joule: scoprì l’equivalenza calore-lavoro, è infatti impossibile arrivare ad un rendimento del

100%

 Kelvin: scoprì che non è possibile trasformare completamente tutto il calore in lavoro

meccanico

 Clausius: scoprì che il calore non può passare spontaneamente da un corpo freddo a uno

caldo

 Boltzman: scoprì le strutture di trasformazioni prima che l’esistenza degli atomi venne

accettata

Cos’è la termodinamica?

È una scienza che tratta le varie forme di energia, gli scambi di massa fra sistemi, le sue

trasformazioni.

Sistema termodinamico

Si definisce così il sistema termodinamico: “quantità di materia che scambia energia e massa con

l’ambiente esterno”. Ciò che separa il sistema dalla parte esterna è detta superficie di controllo.

Queste superficie può essere reale (una superficie) o immaginaria (aria).

Il sistema termodinamico una volta che subisce modificazioni scambia il suo stato interno.

Tipi di sistemi:

 Sistemi aperti: sistemi che scambiano energia e massa con l’ambiente esterno (Es: edificio)

 Sistemi chiusi: sono i sistemi che scambiano energia ma non massa con l’ambiente esterno

(Es: pentola a pressione)

 Sistemi isolati: sistemi che non scambiano né massa né energia (Es: un termos ideale)

 Sistemi adiabatici: sistemi che scambiano massa con l’esterno, ma non energia 21

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Lo scambio di energia può avvenire tramite scambio di:

 Calore: quando c’è una differenza di temperatura tra il sistema termodinamico e l’ambiente

esterno. Per convenzione il calore è positivo quando è fornito dall’esterno verso il sistema.

 Lavoro: è uno scambio di energia indotto da una forza che va a modificare una superficie di

controllo tra il sistema e l’ambiente esterno. Per convenzione è positivo se viene prodotto

dal sistema verso l’esterno.

Una volta che il sistema scambia queste due componenti, cambia il proprio stato. Questa variazione

può essere definita tramite varie grandezze, dette variabili di stato o funzioni di stato (sono per

esempio: pressione, temperatura…). Queste si dividono in:

 Variabili termodinamiche estensive: dipendono dalla massa del sistema, rispettano legge

additiva.

 Variabili termodinamiche intensive: non dipendono dalla massa del sistema, non rispettano

la legge additiva.

Il volume per esempio è una variabile estensiva, così la massa e l’energia. Il calore è invece una

variabile intensiva, così come la pressione, temperatura e tutte quelle variabili estensive riferite

all’unità di massa (le cosiddette “grandezze specifiche”).

Quando definiamo un sistema termodinamico, vogliamo conoscere lo stato di trasformazione del

sistema, oppure le condizioni che portano il sistema da A a B.

Il sistema si dice in equilibrio termodinamico quando è contemporaneamente in:

 Equilibrio meccanico: non ho particelle in movimento

 Equilibrio chimico: non ho reazioni chimiche all’interno del sistema

 Equilibrio termico: non ho flussi termici all’interno del sistema

Quando il sistema è in equilibrio termodinamico le variabili intensive sono distribuite

uniformemente in tutti i punti del sistema.

Capendo le reazioni inoltre, posso definire le equazioni di stato. Queste ci permetteranno di capire

come cambia lo stato di un sistema (ad esempio fornendo una certa quantità di calore).

Es: P*V= n RT

Variabili di stato

Temperatura: è una variabile di stato intensiva. Viene definita come l’energia cinetica posseduta

da tutte le molecole che costituiscono un sistema.

Si misura per via indiretta, utilizzando poi una scala. Per esempio in un termometro a mercurio vedo

l’altezza del mercurio che potrò leggere con una scala. Noi utilizziamo la scala Centigrada, in

termodinamica si utilizza la temperatura assoluta, espressa in gradi Kelvin. 22

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Si dice che la temperatura 0 gradi assoluti corrisponde allo stato delle molecole con energia cinetica

pari a 0.

La temperatura è tarata su:

 Fusione del ghiaccio: 0°C ad un 1 atmosfera (atm).

 Ebollizione acqua distillata: 100 °C, ad 1 atm.

Per passare da °C a °K si fa: T(°K) = °C + 273,15.

1 grado centigrado corrisponde quindi a 1 °K.

I paesi anglosassoni invece utilizzano la temperatura Fahrenheit, che utilizza sempre le stesse tare,

ma che pone a 32°F lo scioglimento del ghiaccio e 212°F l’ebollizione.

T(°F) = 9/5*T(°C)+32

Energia interna (U): è data dalla somma di tutte le energie cinetiche e potenziali delle molecole che

costituiscono il sistema. Queste energia è espressa in Joule (J).

Energia interna specifica (u): è possibile passare dall’energia interna a questa, che aumenta con



l’aumentare della temperatura. Si ottiene dividendo U per la massa u= U/m

Si esprime in J/Kg.

Entalpia (H): rappresenta il contenuto energetico che un sistema termodinamico può scambiare

con un ambiente esterno, si esprime in Joule. Dipende dalla massa e dal contenuto di energia legato

alla massa scambiato, ed è il contenuto energetico potenziale che un sistema aperto può scambiare

con l’esterno. Anch’essa dipende dalla temperatura (e della temperatura interna), è una grandezza

estensiva.

Si ottiene con H= U + p * V 

Entalpia specifica (h): si ottiene dividendo H per la massa h= H/m si esprime in J/Kg.

Variabili di trasformazione

Consentono di passare da uno stato all’altro

Lavoro (L): è un trasferimento di energia che viene associato ad una forza che comporta uno

spostamento della stessa direzione della forza. La forza compie un lavoro solo se produce uno

spostamento nella